焊接式PcBN车刀结构及切削用量优化的仿真与实验研究

发布时间：2023-03-04 21:26

　　聚晶立方氮化硼(Polycrystalline cubic Boron Nitride,简称PcBN)刀具因加工精度高,加工表面质量好,常应用于铸铁、淬硬钢等高速切削。在PcBN材料中添加非化学计量比结合剂可明显提高传统PcBN材料的力学性能。本文在本课题组自行研制的新型非化学计量比PcBN复合材料的基础上,建立材料模型,运用DEFORM-3D软件仿真切削45淬火钢外圆面,通过正交实验对切削角度及切削用量进行了优化设计,筛选得到性能较好的车刀及切削参数,制造出相应焊接式车刀进行切削实验,进而评价该新型车刀性能并验证仿真结果的合理性、可靠性。首先,用常见的35°⁹0°刀尖角焊接式车刀仿真切削,通过对比加工后的温度场、应力场、切削力,得出60°、75°、80°和90°刀尖角车刀的切削性能较好。采用正交模拟进一步优化上述四种焊接式车刀的角度和切削用量三要素,得出60°、75°、80°和90°刀尖角车刀的最优切削角度,90°刀尖角车刀在前角为0°,后角为10°,主偏角为40°,刀尖圆弧半径为0.5 mm,钝圆半径为0.1 mm时切削温度和主切削力相对较低。其次利用优化后的...

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【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 PcBN刀具发展
        1.1.1 PcBN刀具发展历史
        1.1.2 PcBN刀具分类
    1.2 PcBN刀具性能及应用
        1.2.1 PcBN刀具性能
        1.2.2 PcBN刀具应用
    1.3 PcBN刀具制造
        1.3.1 PcBN刀具切割
        1.3.2 PcBN超硬刀具刃磨
    1.4 PcBN车削仿真研究
    1.5 研究内容
第2章 研究内容与试验方法
    2.1 PcBN车刀设计
        2.1.1 三维CAD软件UG简介
        2.1.2 DEFORM-3D软件的介绍
    2.2 PcBN材料性能参数
    2.3 PcBN车刀的优化过程设计
        2.3.1 正交实验介绍及参数的选择
        2.3.2 焊接式PcBN车刀优化方案
    2.4 焊接式PcBN车刀的评价
        2.4.1 焊接式PcBN车刀评价方案
        2.4.2 切削力的测量
        2.4.3 工件表面加工硬化
        2.4.4 粗糙度的测量
        2.4.5 车刀表面形貌观察
    2.5 本章小结
第3章 焊接式PCBN车刀结构优化
    3.1 PcBN焊接式车刀模型建立
        3.1.1 车刀和工件建模和网格划分
        3.1.2 材料属性与边界条件
    3.2 PcBN焊接式车刀切削外圆结构优化
        3.2.1 PcBN焊接式车刀刀尖角度优化
        3.2.2 PcBN焊接式车刀切削角度优化
    3.3 分析与讨论
    3.4 本章小结
第4章 焊接式PCBN车刀切削用量优化及含量对比
    4.1 焊接式PcBN车刀切削用量三要素优化
        4.1.1 60 °刀尖角车刀切削用量三要素优化
        4.1.2 75 °刀尖角车刀切削用量三要素优化
        4.1.3 80 °刀尖角车刀切削用量三要素优化
        4.1.4 90 °刀尖角车刀切削用量三要素优化
    4.2 不同c BN含量焊接式车刀对比
        4.2.1 不同cBN含量焊接式车削外圆面温度场分析
        4.2.2 不同cBN含量焊接式车削外圆面应力场分析
        4.2.3 不同含量PcBN焊接式车削外圆面主切削力分析
    4.3 分析与讨论
    4.4 本章小结
第5章 焊接式PCBN车刀性能测试
    5.1 焊接式PcBN车刀及刀杆
    5.2 焊接式PcBN车刀切削验证
    5.3 焊接式PcBN车刀切削性能分析
        5.3.1 工件加工硬化测量
        5.3.2 工件粗糙度测量
        5.3.3 车刀表面形貌观察
    5.4 分析与讨论
    5.5 本章小结
结论
参考文献
附录1 切削角度正交表数据
附录2 切削用量三要素正交表数据
致谢



本文编号：3755030